JP5104303B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器を備え、トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき、ブラシレスＤＣモータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置に関するものである。

モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置は、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルクセンサが入力軸に加わる操舵トルク値を検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用のモータを駆動制御するものである。

このような電動パワーステアリング装置では、最近、ブラシレスＤＣモータが使用されるようになっている。ブラシレスＤＣモータでは、ロータの回転する位置に応じて、回転磁界が発生するように、ステータに流す電流をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御しているので、ロータ位置を検出する検出器を内蔵している。

特許文献１には、モータの短絡故障を検出する手段と、短絡故障を検出した場合に、接続をオフにする手段が開示されている。
特許文献２には、短絡の検出手段と、その検出によりフェイルリレーにより駆動回路への給電を絶つ手段とが開示されている。
特許文献３には、モータ駆動系の短絡故障モードを検出する手段が開示されている。
特許文献４には、モータ駆動系の異常検出方法が開示されている。
特開２００４−１０６６６４号公報 実開平６−４２５３３号公報 特開平６−２３３４５０号公報 特開平１０−１６７０８６号公報

操舵補助用にブラシレスＤＣモータを用いた電動パワーステアリング装置では、モータ電流検出回路又はモータ駆動回路の故障が発生した場合、ハンドルロック等の重大な故障に到る可能性がある。また、実際に過電流等の異常な電流が流れる場合には、電流検出回路等により故障を検出することが可能であるが、モータ端子のオープン又は断線等の故障は、実際には電流が流れない為、異常電流による検出という手法では検出できないという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１，２発明では、モータ端子のオープン又は断線等の、電流検出回路のみでは検出できない故障を検出することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
第３発明では、モータ端子のオープン又は断線等の故障が発生した場合に、ハンドルロック等の重大な故障に到る虞がない電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係るモータを駆動することにより操舵補助する電動パワーステアリング装置は、
操舵補助用のブラシレスＤＣモータのロータ位置を検出するロータ位置検出器と、
該モータに流れる電流を検出する電流検出器と、
操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、
前記トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき、前記モータに流すべき電流指令値を定める電流決定手段と、
前記電流決定手段により定められた電流指令値と前記電流検出値が検出した電流値との差に基づき、前記モータに印加すべき電圧を定める電圧決定手段と、
前記電圧決定手段により定められた電圧を前記モータに印加してモータを駆動する駆動手段と、
前記ロータ位置検出器が検出したロータ位置に基づき、前記モータの回転角速度を演算する演算手段と、
該手段が演算した回転角速度が所定回転角速度以下であるか否かを判定する回転角速度判定手段と、
前記電流指令値が所定電流指令値以下であるか否かを判定する電流指令値判定手段と、
前記電圧が所定電圧範囲外であるか否かを判定する電圧判定手段と、
前記回転角速度判定手段が所定回転角速度以下であると判定し、前記電流指令値判定手段が所定電流指令値以下であると判定し、前記電圧判定手段が所定電圧範囲外であると判定したときは、前記モータが異常であると判定する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第２発明に係るモータを駆動することにより操舵補助する電動パワーステアリング装置は、
操舵補助用のブラシレスＤＣモータのロータ位置を検出するロータ位置検出器と、
該モータに流れる電流を検出する電流検出器と、
操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、
前記トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき、前記モータに流すべき電流指令値を定める電流決定手段と、
前記電流決定手段により定められた電流指令値と前記電流検出値が検出した電流値との差に基づき、前記モータに印加すべき電圧を定める電圧決定手段と、
前記電圧決定手段により定められた電圧を前記モータに印加してモータを駆動する駆動手段と、
前記ロータ位置検出器が検出したロータ位置に基づき、前記モータの回転角速度を演算する手段と、
該手段が演算した回転角速度が所定回転角速度以下であるか否かを判定する回転角速度判定手段と、
前記電流値が所定電流値以下であるか否かを判定する電流値判定手段と、
前記電圧が所定電圧範囲外であるか否かを判定する電圧判定手段と、
前記回転角速度判定手段が所定回転角速度以下であると判定し、前記電流値判定手段が所定電流値以下であると判定し、前記電圧判定手段が所定電圧範囲外であると判定したときは、前記モータが異常であると判定する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記モータが異常であると判定したときは、前記制御手段は前記モータによる操舵補助を停止するように構成してある請求項３記載の電動パワーステアリング装置。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置では、演算する手段が、ロータ位置検出器が検出したロータ位置に基づき、モータの回転角速度を演算し、回転角速度判定手段が、その演算した回転角速度が所定回転角速度以下であるか否かを判定する。電流指令値判定手段が、電流指令値が所定電流指令値以下であるか否かを判定し、電圧判定手段が、印加すべき電圧が所定電圧範囲外であるか否かを判定する。回転角速度判定手段が所定回転角速度以下であると判定し、電流指令値判定手段が所定電流指令値以下であると判定し、電圧判定手段が所定電圧範囲外であると判定したときは、モータが異常であると判定する。これにより、モータ端子のオープン又は断線等の、電流検出器のみでは検出できない故障を検出することができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置では、演算する手段が、ロータ位置検出器が検出したロータ位置に基づき、モータの回転角速度を演算し、回転角速度判定手段が、その演算した回転角速度が所定回転角速度以下であるか否かを判定する。電流値判定手段が、電流検出器が検出した電流値が所定電流値以下であるか否かを判定し、電圧判定手段が、印加すべき電圧が所定電圧範囲外であるか否かを判定する。回転角速度判定手段が所定回転角速度以下であると判定し、電流値判定手段が所定電流値以下であると判定し、電圧判定手段が所定電圧範囲外であると判定したときは、モータが異常であると判定する。これにより、モータ端子のオープン又は断線等の、電流検出器のみでは検出できない故障を検出することができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、モータが異常であると判定したときは、モータによる操舵補助を停止するので、モータ端子のオープン又は断線等の故障が発生した場合でも、重くはあるがハンドルを操作することは可能であり、異常電流によるハンドルロック等の重大な故障に到る虞がない電動パワーステアリング装置を実現することができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。 ブラシレスＤＣモータ、モータ駆動回路及びモータ電流検出回路の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る電動パワーステアリングのモータ異常を検出する動作を示すフローチャートである。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、図示しない操舵部材に加えられた操舵トルクが、トルクセンサ（トルク検出器）１０により検出され、検出された操舵トルク値は、位相補償器１２に与えられる。位相補償器１２で位相補償された操舵トルク値は、ＥＣＵ（コントローラ）２５のトルク−電流テーブル１６に与えられる。また、車速センサ１１が検出した車速値も、トルク−電流テーブル１６に与えられる。

トルク−電流テーブル１６では、操舵トルク値が所定の不感帯を超えると、操舵トルク値の増加に従ってモータ電流の目標値が比例的に増加し、さらに操舵トルク値が所定値以上になると目標値が飽和するような関数が、車速値に応じて可変的に定められている。前記関数は車速値が大となるに従って操舵トルク値に対するモータ電流の目標値の比が小となると共に、目標値の飽和値が小となるように定められている。トルク−電流テーブル１６が定めたモータ電流の電流指令値は、減算手段２１、指令電流方向指定部１９及び制御部２０へ与えられる。

モータ電流の電流指令値は、モータ制御における目標値を示す符号付きの値であり、その正負は、操舵補助の方向を示している。
指令電流方向指定部１９は、与えられたモータ電流の電流指令値の正負符号に基づき、操舵補助の方向を示す回転方向指令信号を作成し、モータ駆動回路１３に与える。

操舵補助を行うブラシレスＤＣモータであるモータ１８には、そのロータ位置を検出するロータ位置検出器１４が内蔵され、ロータ位置検出器１４が出力したロータ位置信号は、モータ駆動回路１３及びＥＣＵ２５内の回転角速度演算部２３に与えられる。
回転角速度演算部２３は、与えられたロータ位置信号の変化によりモータ１８の回転角速度を演算し、制御部２０に与える。

モータ電流検出回路（電流検出器）１７が、モータ１８のｖ相界磁コイル、ｕ相界磁コイル及びｗ相界磁コイルにそれぞれ流れる電流を合計した電流値を検出し、ＥＣＵ２５内の減算手段２１に与える。
減算手段２１は、電流指令値とモータ電流検出回路１７が検出した電流値との偏差を演算し、演算した偏差を電流ＰＩ制御部２２へ与える。電流ＰＩ制御部２２は、与えられた偏差に基づき、ＰＩ制御の為にモータ１８に印加する電圧値を演算して、制御部２０及びＰＷＭ変調部２４へ与える。

ＰＷＭ変調部２４は、与えられた電圧値をパルス幅変調し、パルス幅変調した電圧値をＰＷＭ値指令信号としてモータ駆動回路１３へ与える。
制御部２０は、与えられた回転角速度、電流指令値、及びモータ１８に印加する電圧値に基づき、モータ１８の異常を検出し、異常を検出したときは、リレー駆動回路１５をオフにして、モータ駆動回路１３と車載バッテリＰとのリレー接点１５ａをオフ（オープン）にする。
尚、上述したＥＣＵ２５のトルク−電流テーブル１６、減算手段２１、指令電流方向指定部１９、制御部２０、回転角速度演算部２３、電流ＰＩ制御部２２、ＰＷＭ変調部２４は、マイクロコンピュータにより実現されている。

図２は、ブラシレスＤＣモータ１８、モータ駆動回路１３及びモータ電流検出回路１７の構成例を示すブロック図である。ブラシレスＤＣモータ１８は、コイルＡ，Ｂ，Ｃがスター結線されたステータ１８ａ（固定子）と、コイルＡ，Ｂ，Ｃが発生させる回転磁界により回転するロータ１８ｂ（回転子）と、このロータ１８ｂの回転位置を検出するロータ位置検出器１４とを備えている。

モータ駆動回路１３は、車載バッテリＰの電源電圧がスイッチング回路８ａの正極側端子に接続されている。スイッチング回路８ａは、正極側端子と接地端子との間に直列接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ３，Ｄ４とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ５，Ｑ６と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ５，Ｄ６とが並列接続されている。

トランジスタＱ１，Ｑ２の共通接続節点と、ダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＡの他方の端子Ｕが接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４の共通接続節点と、ダイオードＤ３，Ｄ４の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＢの他方の端子Ｖが接続され、トランジスタＱ５，Ｑ６の共通接続節点と、ダイオードＤ５，Ｄ６の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＣの他方の端子Ｗが接続されている。

ロータ位置検出器１４が検出した、ロータ１８ｂの回転位置は、ロータ位置信号としてゲート制御回路８ｂに通知される。ゲート制御回路８ｂには、ＥＣＵ２５のＰＷＭ変調部２４からＰＷＭ値指令信号が、指令電流方向指定部１９から回転方向指令信号がそれぞれ与えられる。ゲート制御回路８ｂは、回転方向指令信号とロータ位置信号とに応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートをオン／オフし、例えば、Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ，Ｖ−Ｕ，Ｗ−Ｕ，Ｗ−Ｖ，Ｕ−Ｖのように、ステータ１８ａに流れる電流の経路を切り換え、回転磁界を発生させる。

回転子１８ｂは、永久磁石であり、回転磁界から回転力を受け回転する。ゲート制御回路８ｂは、また、電流指令値に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフをＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することにより、ブラシレスモータ１８の回転トルクを増減制御する。
ダイオードＤ１〜Ｄ６は、トランジスタＱ１〜Ｑ６を保護し、固定子１８ａに流れる電流を持続させるフリーホイールダイオードである。

以下に、このような構成の電動パワーステアリングのモータ異常を検出する動作を、それを示す図３のフローチャートを参照しながら説明する。
モータ端子のオープン故障又は断線故障が発生した場合、制御上では、モータ電流検出回路１７が検出した電流値が、そのときの電流指令値になるように、モータ１８に電圧を印加しようとするが、実際には電流は流れない。その為、モータに印加する電圧値のみが大きく（場合によっては小さく）なって行く。そこで、モータ１８に印加する電圧値が所定範囲から外れた場合を、モータ１８の異常発生と見なす。
但し、正常状態時の誤検出を回避する為に、モータ１８の回転速度（回転角速度）が低く、電流指令値も小さいという条件を加える。

ＥＣＵ２５の制御部２０は、先ず、回転角速度演算部２３からモータ１８の回転角速度Ｒａを読み込み（Ｓ２）、読み込んだ回転角速度Ｒａが所定の回転角速度Ｒａｓ以下であるか否かを判定し（Ｓ４）、所定の回転角速度Ｒａｓ以下でなければ（Ｓ４ＮＯ）リターンする。
制御部２０は、回転角速度Ｒａが所定の回転角速度Ｒａｓ以下であれば（Ｓ４ＹＥＳ）、トルク−電流テーブル１６が定めたモータ電流の電流指令値Ｉｃを読み込み（Ｓ６）、読み込んだ電流指令値Ｉｃが所定電流値Ｉｃｓ以下であるか否かを判定する（Ｓ８）。所定電流値Ｉｃｓ以下でなければ（Ｓ８ＮＯ）リターンする。

制御部２０は、電流指令値Ｉｃが所定電流値Ｉｃｓ以下であれば（Ｓ８ＹＥＳ）、電流ＰＩ制御部２２が演算したモータ１８に印加する電圧値Ｖを読み込み（Ｓ１０）、読み込んだ電圧値Ｖが、所定電圧範囲外であるか否かを判定する（Ｓ１２）。所定電圧範囲外でなければ（Ｓ１２ＮＯ）リターンする。尚、所定電流値Ｉｃｓ以下であるか否かの判定対象を、電流指令値に代えて、モータ電流検出回路１７が検出した電流値としても良い。
制御部２０は、電圧値Ｖが所定電圧範囲外であれば（Ｓ１２ＹＥＳ）、モータ異常を検出したとして（Ｓ１４）、リレー駆動回路１５をオフにし、リレー接点１５ａをオフ（オープン）にして、モータ駆動回路１３への電流供給を停止し、操舵補助を停止して（Ｓ１６）リターンする。

これにより、モータ端子のオープン又は断線等の、電流検出器のみでは検出できない故障を検出することができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。また、重くはあるがハンドルを操作することは可能であり、異常電流によるハンドルロック等の重大な故障に到る虞がない電動パワーステアリング装置を実現することができる。

Claims (4)

1. モータを駆動することにより操舵補助する電動パワーステアリング装置において、
   操舵補助用のブラシレスＤＣモータのロータ位置を検出するロータ位置検出器と、
   該モータに流れる電流を検出する電流検出器と、
   操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、
   前記トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき、前記モータに流すべき電流指令値を定める電流決定手段と、
   前記電流決定手段により定められた電流指令値と前記電流検出値が検出した電流値との差に基づき、前記モータに印加すべき電圧を定める電圧決定手段と、
   前記電圧決定手段により定められた電圧を前記モータに印加してモータを駆動する駆動手段と、
   前記ロータ位置検出器が検出したロータ位置に基づき、前記モータの回転角速度を演算する演算手段と、
   該手段が演算した回転角速度が所定回転角速度以下であるか否かを判定する回転角速度判定手段と、
   前記電流指令値が所定電流指令値以下であるか否かを判定する電流指令値判定手段と、
   前記電圧が所定電圧範囲外であるか否かを判定する電圧判定手段と、
   前記回転角速度判定手段が所定回転角速度以下であると判定し、前記電流指令値判定手段が所定電流指令値以下であると判定し、前記電圧判定手段が所定電圧範囲外であると判定したときは、前記モータが異常であると判定する制御手段と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記モータが異常であると判定したときは、前記制御手段は前記モータによる操舵補助を停止するように構成してある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. モータを駆動することにより操舵補助する電動パワーステアリング装置において、
   操舵補助用のブラシレスＤＣモータのロータ位置を検出するロータ位置検出器と、
   該モータに流れる電流を検出する電流検出器と、
   操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、
   前記トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき、前記モータに流すべき電流指令値を定める電流決定手段と、
   前記電流決定手段により定められた電流指令値と前記電流検出値が検出した電流値との差に基づき、前記モータに印加すべき電圧を定める電圧決定手段と、
   前記電圧決定手段により定められた電圧を前記モータに印加してモータを駆動する駆動手段と、
   前記ロータ位置検出器が検出したロータ位置に基づき、前記モータの回転角速度を演算する手段と、
   該手段が演算した回転角速度が所定回転角速度以下であるか否かを判定する回転角速度判定手段と、
   前記電流値が所定電流値以下であるか否かを判定する電流値判定手段と、
   前記電圧が所定電圧範囲外であるか否かを判定する電圧判定手段と、
   前記回転角速度判定手段が所定回転角速度以下であると判定し、前記電流値判定手段が所定電流値以下であると判定し、前記電圧判定手段が所定電圧範囲外であると判定したときは、前記モータが異常であると判定する制御手段と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 前記モータが異常であると判定したときは、前記制御手段は前記モータによる操舵補助を停止するように構成してある請求項３記載の電動パワーステアリング装置。

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